Categoria: Calcestruzzo

Sette volte su dieci, talvolta otto: è questa la fascia di accuratezza che, in condizioni di laboratorio, caratterizza di norma l’interpretazione manuale di un radargramma da georadar. Un margine che nella diagnostica del calcestruzzo incide in modo concreto, perché dalla lettura dei dati GPR discendono decisioni su presenze metalliche, cavità e disomogeneità interne di opere esistenti.

Interviene su questo punto lo studio di Saman Hedjazi, Macy Spears, Ehsanul Kabir e Hossein Taheri, pubblicato su CivilEng (vol. 6, pag. 45, DOI 10.3390/civileng6030045). La proposta è una metodologia strutturata di analisi delle immagini per l’interpretazione dei dati B-scan, organizzata in un diagramma di flusso di taglio pratico che affianca l’operatore nella distinzione delle anomalie subsuperficiali più comuni. Validata in laboratorio su quattro solette con difetti simulati, la procedura raggiunge un’accuratezza di rilevamento attorno al 90 per cento.

Il B-scan e la variabile umana nella lettura

Il ground penetrating radar è tra i metodi di prova non distruttivi sempre più diffusi per la valutazione delle strutture in calcestruzzo, con un doppio campo d’impiego: individuare i difetti interni e localizzare gli oggetti inclusi. Il radargramma B-scan traduce le riflessioni del segnale in una sezione verticale lungo la linea di scansione, dove ogni discontinuità dielettrica produce un pattern riconoscibile.

A riconoscerlo, però, è l’operatore. Pattern di riflessione differenti distinguono una barra metallica da un vuoto o da un’inclusione isolante, e la qualità della diagnosi dipende dalla capacità di lettura di chi analizza lo schermo. È su questa fase, la più esposta alla soggettività, che si concentra il contributo dei quattro autori.

Un diagramma di flusso per codificare l’interpretazione

La metodologia è definita image-based e ha un obiettivo preciso: rendere l’interpretazione dei B-scan ripetibile. Lo strumento centrale è un diagramma di flusso operativo, costruito per guidare l’analista nella distinzione delle anomalie subsuperficiali più ricorrenti. Il contributo non riguarda la fase di misura, bensì la lettura del radargramma: laddove l’analisi tradizionale si affida all’esperienza individuale, la procedura propone un percorso codificato per attribuire le riflessioni osservate alle diverse tipologie di difetto.

La validazione sperimentale: quattro solette con difetti simulati

La prova è stata allestita in laboratorio con quattro solette in calcestruzzo, nelle quali sono stati inseriti difetti simulati di tipologie differenti. Le scansioni sono state condotte con un dispositivo disponibile in commercio e i radargrammi ottenuti sono stati analizzati sulla base dei pattern di riflessione del segnale, secondo la sequenza operativa prevista dalla procedura.

Risultati: armatura localizzata, vuoti e polistirene discriminati

Il quadro che emerge dalla campagna sperimentale è netto sul fronte armatura: posizioni, interassi e profondità delle barre risultano correttamente identificati. Buon livello anche per le anomalie a basso valore dielettrico, come vuoti e inclusioni di polistirene, riconosciute con successo dalla procedura.

Sul piano numerico, l’accuratezza complessiva di rilevamento, calcolata sull’insieme degli elementi inclusi nelle solette, si attesta intorno al 90 per cento. Il confronto con la pratica corrente è diretto: le valutazioni manuali dei radargrammi, in condizioni di laboratorio analoghe, si collocano tipicamente tra il 70 e l’80 per cento.

Il limite del contrasto dielettrico

Non tutti i difetti si prestano allo stesso riconoscimento. La procedura mostra criticità con i materiali non metallici a debole contrasto dielettrico, e i tubi cavi sono risultati gli elementi più difficili da discriminare. L’origine del problema va cercata nella fisica della misura: laddove le proprietà dielettriche dell’inclusione si avvicinano a quelle del calcestruzzo circostante, la riflessione si indebolisce e la lettura del pattern perde margini di separazione dal fondo.

Per chi opera nella diagnostica strutturale il messaggio è chiaro: il valore del lavoro non sta in una nuova tecnica di misura, ma in un metodo di lettura codificato, applicabile con strumentazione già in commercio. I risultati sostengono l’affidabilità e l’adattabilità della procedura nel migliorare l’interpretazione dei dati GPR, con un confine da tenere presente in ogni analisi: quando il contrasto dielettrico si affievolisce, l’interpretazione richiede maggiore prudenza.

Un calcestruzzo a polveri reattive che a 28 giorni raggiunge circa 152 MPa di resistenza a compressione, sviluppato con un dosaggio di Portland cemento ridotto e con metà della silica fume abituale: è il risultato della formulazione ottimizzata da Jesús E. Altamiranda-Ramos, Luis Castillo-Suárez, Jesús Redondo-Mosquera e Joaquín Abellán-García, pubblicata su Construction Materials (Vol. 5, pag. 86, doi: 10.3390/constrmater5040086). Al centro del lavoro c’è la criticità più discussa dell’RPC: la dipendenza da quantità elevate di legante, con le conseguenti ricadute ambientali ed economiche.

Il nodo del legante nell’RPC e la proposta con scoria da forno elettrico

Le prestazioni del Reactive Powder Concrete si fondano su resistenze meccaniche e durabilità elevate, ma la formulazione tradizionale richiede dosaggi consistenti di cemento Portland (PC) e di silica fume (MS). Proprio questa dipendenza grava sul bilancio ambientale ed economico del materiale. La risposta prospettata dalla ricerca passa per la sostituzione parziale di entrambi i componenti: da un lato la scoria di forno elettrico ad arco macinata (MEAS), dall’altro la polvere di carbonato di calcio (CCP), inseriti nel legante fino a circa il 20% nel primo caso e a circa il 15% nel secondo.

Disegno sperimentale: CCD, modello MAA e venti miscele

Tre sono le variabili di mix-design poste sotto controllo: il dosaggio di cemento, il rapporto acqua-legante e il contenuto di superfluidificante a base di eteri policarbossilici (PCE). La loro ottimizzazione è stata condotta con un disegno composito centrale (Central Composite Design, CCD), mentre la compattazione granulometrica delle polveri è stata guidata dal modello Modified Andreasen e Andersen (MAA). Il programma sperimentale ha coinvolto 20 miscele, caratterizzate sul piano reologico mediante lo slump flow e su quello meccanico con prove di compressione a 1, 7, 14 e 28 giorni.

Fluidità e resistenza: i numeri delle miscele ottimizzate

L’effetto dei due sostituti si manifesta anzitutto sulla lavorabilità. Con la scoria fino a circa il 20% del legante e il CCP in misura pari a circa il 15%, lo slump flow sale a valori prossimi a 285 mm, mentre la miscela base si ferma attorno ai 230 mm. Sul piano meccanico la formulazione ottimale si porta a circa 152 MPa a 28 giorni, a fronte di un riferimento RPC nell’ordine di 138 MPa; il tutto con un consumo di cemento diminuito di circa il 15% e con la silica fume ridotta al 50% dei dosaggi convenzionali.

I dati di sintesi delle due formulazioni si confrontano come segue.

Superfici di risposta: qualità dell’adattamento e fattori dominanti

L’apparato statistico si regge su modelli quadratici di superficie di risposta costruiti per lo slump flow e per la resistenza a compressione tra 1 e 28 giorni. L’aderenza ai dati sperimentali risulta elevata: ( R^2 ) compreso tra 0.90 e 0.98, ( R^2_{adj} ) tra 0.85 e 0.96, con i test F sui modelli che restituiscono ( p < 0.001 ). L'ottimizzazione statistica si dimostra quindi adeguata a descrivere le risposte del materiale. Quanto alla significatività dei fattori, il dosaggio di cemento emerge come variabile dominante per lo sviluppo di resistenza ( p < 0.05 ), mentre l'interazione tra contenuto di cemento e rapporto acqua-legante condiziona in misura significativa la fluidità della miscela.

Il quadro che ne emerge è pragmatico: con la curva granulometrica governata dal modello MAA e una campagna sperimentale pianificata tramite CCD, scoria da forno elettrico macinata e carbonato di calcio riducono la domanda di legante nell’RPC senza compromettere il comportamento meccanico, aprendo un’alternativa sostenibile per i calcestruzzi a prestazioni ultra elevate.

La maturità del calcestruzzo, con la resistenza a compressione che la accompagna, si conferma il fattore dominante nello sviluppo dell’aderenza tra barre di armatura e calcestruzzo gettato per via tremie. Nella maggior parte delle condizioni di prova esaminate, invece, il rivestimento di bentonite depositato sulla superficie dei ferri non altera in modo statisticamente significativo la resistenza all’aderenza, e lo stesso vale per il diametro delle barre e per il contenuto di fibre d’acciaio entro gli intervalli testati. È il quadro che emerge dalla campagna sperimentale condotta da Gregor Trtnik, Jakob Šušteršič e Tomaž Hozjan, pubblicata sulla rivista CivilEng (Vol. 6, pag. 48, doi: 10.3390/civileng6030048).

Protocollo di prova: pull-out normalizzate e misura laser dello scorrimento

La risposta dell’interfaccia acciaio calcestruzzo è stata caratterizzata mediante prove di pull-out standardizzate, eseguite in laboratorio nel rispetto delle norme di riferimento. Il materiale indagato è il calcestruzzo tremie, impiegato nei getti eseguiti in condizioni difficili, tipicamente subacquei.

Un aspetto rilevante del setup riguarda la misura dello scorrimento relativo tra barra e calcestruzzo, rilevata con uno strumento laser ottico ad alta precisione che consente una valutazione accurata delle caratteristiche di aderenza. Anche la numerosità del campione è stata calibrata con attenzione: un numero elevato di provini, statisticamente sufficiente, ha reso possibile il trattamento dei risultati con gli strumenti dell’inferenza statistica.

Diametro, maturità, fibre e bentonite: le variabili della campagna

Il programma sperimentale è costruito attorno a quattro parametri: il diametro delle barre di armatura, l’età del calcestruzzo con la conseguente resistenza a compressione, il contenuto di fibre d’acciaio nel mix e la presenza di un rivestimento di bentonite sulla superficie dei ferri. Ciascuna variabile è stata fatta variare entro intervalli definiti, così da valutarne il contributo sulla risposta dell’interfaccia.

La scelta di includere la bentonite riflette una condizione ricorrente nei getti per via tremie, dove la superficie delle barre può venire a contatto con sospensioni bentonitiche. Verificarne l’effetto sull’interfaccia significa quindi interrogarsi su un aspetto concreto della pratica esecutiva, non su una condizione ideale di laboratorio.

Lettura statistica dei risultati

La consistenza del campione ha permesso di elaborare i dati con l’analisi della varianza (ANOVA), impiegata per accertare la significatività statistica dell’effetto di ciascun parametro sulla resistenza all’aderenza. L’approccio separa ciò che costituisce una dipendenza reale dalla variabile da fluttuazioni ascrivibili alla dispersione sperimentale, un passaggio decisivo quando le differenze tra le configurazioni di prova risultano contenute.

L’età del calcestruzzo domina lo sviluppo dell’aderenza

I risultati delineano una gerarchia netta tra le variabili. L’età del calcestruzzo, e la resistenza a compressione che la contraddistingue, esercita un’influenza statisticamente significativa sul legame con l’acciaio, a conferma che la maturità della matrice è il fattore determinante dello sviluppo dell’aderenza. Le altre grandezze, entro le gamme esaminate, non emergono come significative: né il diametro della barra né il contenuto di fibre d’acciaio modificano in misura statisticamente rilevante la risposta. Quanto al rivestimento di bentonite, nella maggior parte delle condizioni di prova la sua influenza sulla resistenza all’aderenza non risulta significativa.

Indicazioni per la progettazione

Oltre a chiarire i meccanismi dell’aderenza nel calcestruzzo armato, i risultati possono orientare le strategie di progettazione nei casi in cui le prestazioni dell’interfaccia risultano critiche. La gerarchia emersa, con la maturità del calcestruzzo come variabile dominante e con l’esclusione di effetti rilevanti attribuibili a bentonite, diametro e fibre nelle condizioni esaminate, fornisce un riferimento per impostare con maggiore consapevolezza le scelte nei contesti in cui il legame acciaio calcestruzzo condiziona il comportamento della struttura.

Per chi opera su getti per via tremie, il messaggio operativo è diretto: la crescita dell’aderenza segue la maturazione del calcestruzzo, mentre i parametri geometrici e di composizione indagati, nelle gamme testate, non ne spostano l’andamento in modo significativo. Un esito da tenere presente quando si impostano verifiche o si interpretano risultati di prova su questo tipo di getto.

Oltre quale soglia di resistenza un calcestruzzo può dirsi davvero durabile al gelo e disgelo? La domanda è al centro di uno studio condotto da Raid S. Alrashidi, Megan S. Voss, Ali Alsubeai, Emad Alshammari e Kyle A. Riding, pubblicato su CivilEng (doi: 10.3390/civileng6040057), che sposta l’attenzione dagli UHPC proprietari di fascia alta verso miscele non proprietarie, con un occhio alla sostenibilità economica delle formulazioni.

Una soglia di resistenza da definire

La letteratura sul tema si è concentrata quasi esclusivamente su calcestruzzi con resistenze a compressione superiori a 21 ksi, corrispondenti a circa 145 MPa. Prestazioni eccellenti al gelo e disgelo, in quest’ambito, sono acquisite. Resta invece aperta la questione del limite inferiore: al di sotto di quale valore di compressione il materiale cessa di offrire quella durabilità che giustifica l’impiego in climi freddi?

Per rispondere, la ricerca ha prodotto provini non proprietari appartenenti a quattro fasce di resistenza: da 12 a 15 ksi, da 15 a 18 ksi, da 18 a 21 ksi e oltre 21 ksi, ovvero da 83 fino a oltre 145 MPa. In tutte le miscele è stato inserito l’1,5% di fibre d’acciaio.

Tre regimi di cura a confronto

Il programma sperimentale non si è limitato alla variabile resistenza. Ogni miscela è stata sottoposta a tre diversi regimi di maturazione:

• cura in acqua di calce in camera a nebbia;
• cura simulata da precompressaggio, tipica della produzione in impianto;
• cura a vapore.

Questa impostazione consente di isolare l’influenza del ciclo di cura, parametro di primo ordine per chi lavora nel prefabbricato, dove la vaporecultura è spesso indispensabile per i tempi di rotazione dei casseri.

Gelo e disgelo secondo ASTM C666

La durabilità al gelo e disgelo è stata valutata secondo ASTM C666, procedura di riferimento per la resistenza al congelamento rapido in acqua. I risultati delineano una soglia netta: tutte le miscele con resistenza a compressione superiore a 15 ksi, circa 103 MPa, hanno mostrato un comportamento eccellente, senza rilevazione di danno. Nessuna garanzia, invece, alla fascia più bassa, dove il ciclo di cura a vapore ha prodotto un effetto negativo sulle prestazioni al gelo e disgelo.

Il dato più operativo per i progettisti è la soglia dei 15 ksi: al di sotto, la cura a vapore può compromettere la durabilità al gelo anche in presenza di fibre d’acciaio.

DSC e MIP per capire il meccanismo

Oltre alle prove di durabilità, la ricerca ha approfondito il meccanismo fisico del comportamento al gelo mediante due tecniche di caratterizzazione microstrutturale. La calorimetria differenziale a scansione a bassa temperatura (DSC) e la porosimetria a intrusione di mercurio (MIP) sono state impiegate per mettere in relazione la struttura porosa del calcestruzzo indurito con la risposta ai cicli di congelamento.

È il passaggio che interessa direttamente chi formula miscele UHPC non proprietarie: la resistenza a compressione, da sola, non spiega il comportamento. La distribuzione e la dimensione dei pori, che i regimi di cura modificano in modo differenziato, determinano la quantità di acqua gelificabile e le pressioni generate nei capillari durante il congelamento.

Implicazioni per specifiche e produzione

Per chi redige capitolati o specifiche tecniche, i risultati suggeriscono cautela nell’estendere per analogia le prestazioni note degli UHPC di fascia alta a miscele meno ricche. Se la resistenza target scende sotto i 103 MPa circa, il regime di cura diventa una variabile critica da prescrivere esplicitamente, in particolare laddove si preveda l’uso di vaporecultura in stabilimento. L’impiego di miscele non proprietarie, con componenti commercialmente disponibili, resta un percorso interessante per rendere l’UHPC accessibile a più applicazioni, ma la fascia di resistenza e il ciclo di maturazione vanno dimensionati insieme.

Lo studio di Alrashidi e colleghi fornisce un riferimento quantitativo per una domanda finora priva di risposta sistematica: a partire da 103 MPa circa, il gelo e diseglio non produce danno apprezzabile; al di sotto, la cura a vapore può diventare un punto debole. Un dato che prefabbricatori e progettisti di strutture in ambienti congelanti potranno utilizzare direttamente.

La quantità di acqua realmente disponibile per l’idratazione del cemento in una malta con aggregato fine riciclato dipende da come viene gestito l’assorbimento dell’inerte. Un contributo pubblicato sulla rivista Buildings (volume 16, articolo 3884) esamina le due leve operative che agiscono su questo equilibrio: il pre-umidificazione dell’aggregato fine riciclato e il dosaggio dell’acqua esterna aggiunta in impasto. Su entrambe il lavoro valuta gli effetti sugli indicatori di idratazione della malta e sulle caratteristiche dell’interfaccia tra aggregato e pasta.

Il bilancio idrico come variabile critica

La frazione fine riciclata trattiene una quota dell’acqua di impasto, riducendo quella utilizzabile nelle reazioni del cemento. Chi dosa la miscela può compensare il fenomeno lungo due direttrici: bagnare l’inerte prima del miscelamento oppure introdurre acqua esterna direttamente in fase di dosatura. Le due strade intervengono sullo stesso equilibrio ma attraverso percorsi differenti, e il mantenimento della loro separazione è il punto su cui si regge l’impostazione dello studio.

Pre-umidificazione e acqua esterna: due variabili distinte

Il pre-umidificazione agisce sullo stato di saturazione iniziale dell’aggregato, prima che questo entri in contatto con il cemento. L’acqua esterna, invece, aumenta il contenuto idrico complessivo della miscela. A parità di acqua totale cambia così la ripartizione tra liquido assorbito dall’inerte e liquido libero, e da questa ripartizione dipende la quota effettivamente coinvolta nell’idratazione.

Sul piano operativo le due scelte comportano gestionI differenti. Il pre-umidificazione richiede un intervento preventivo sull’umidità dell’inerte, mentre l’acqua esterna si immette in dosatura, con un controllo più diretto della quantità aggiunta. Per questo l’indagine assume i due parametri come variabili sperimentali autonome, evitando di ridurli a un unico aggiustamento del contenuto idrico.

Indicatori di idratazione e interfaccia aggregato-pasta

Le grandezze di riferimento sono da un lato gli indicatori di idratazione, ovvero le quantità con cui si descrive l’avanzamento delle reazioni del cemento, dall’altro le caratteristiche dell’interfaccia tra inerte e pasta. Nel caso degli aggregati riciclati la zona di contatto presenta una configurazione più articolata rispetto agli inerti naturali, poiché la nuova pasta si sviluppa su una superficie che conserva residui di malta preesistente.

La combinazione dei due piani di lettura, idratazione e interfaccia, permette di collegare la gestione dell’acqua sia all’avanzamento delle reazioni sia alle condizioni della zona di contatto tra i costituenti della malta.

Per chi opera su malte e calcestruzzi con inerti da riciclo il valore metodologico dell’impostazione sta nella separazione dei due contributi: pre-umidificazione e acqua esterna incidono ciascuna con un proprio ruolo sul bilancio idrico e sull’interfaccia aggregato-pasta, e la loro fusione in un unico parametro renderebbe più difficile attribuire gli effetti osservati. Il lavoro completo è pubblicato sulla rivista Buildings, volume 16, articolo 3884.

Quante prove sui materiali servono davvero prima di decidere un intervento su un manufatto in calcestruzzo armato esistente? Nel caso di riferimento studiato da Vittorio Palma, Simone Celati, Agnese Natali, Walter Salvatore e Sebastian Thöns la risposta numerica è precisa: sei prove sul calcestruzzo e tre sull’acciaio di armatura, sufficienti a ridurre di circa il 58,2% il costo e il rischio complessivi della decisione rispetto allo stesso scenario privo di nuove informazioni.

Il contributo, dal titolo Value-of-Information-Based Material Testing for Existing Reinforced Concrete Members, è stato pubblicato su Infrastructures (vol. 11, pag. 286, doi: 10.3390/infrastructures11080286). Il suo nucleo metodologico rovescia la prassi abituale: il numero di indagini non viene fissato a priori con regole di campionamento standard, ma emerge da una minimizzazione che pesa insieme prestazione strutturale, costi e conseguenze del collasso.

Il campionamento come problema decisionale

L’approccio proposto, denominato PIPA (predicted information and predicted action), si applica nel momento in cui il tecnico affronta due scelte concatenate: quante prove eseguire su calcestruzzo e acciaio e, a valle degli esiti, quale azione di gestione adottare. Entrambe le decisioni vengono formulate prima che qualsiasi prova sia eseguita e prima che l’intervento sia individuato. Nell’analisi entrano congiuntamente la prestazione strutturale aggiornata dalle informazioni, i costi di acquisizione dei dati, i costi delle azioni e le conseguenze attese del collasso.

L’impianto ribalta la sequenza operativa abituale: gli esiti futuri delle prove sono previsti in forma probabilistica e impiegati per aggiornare, con inferenza bayesiana, le distribuzioni delle resistenze dei materiali.

Dagli esiti previsti all’affidabilità a taglio, a flessione e di sistema

Le distribuzioni aggiornate non restano confinate alla statistica dei materiali: vengono propagate attraverso le analisi di affidabilità a taglio, a flessione e a livello di sistema, così che l’informazione acquisita si traduca in prestazione strutturale. Le opzioni di gestione, a loro volta, sono modellate come azioni sugli stati del sistema, ciascuna associata a una probabilità di collasso dipendente dall’azione stessa. La selezione dell’intervento risulta quindi condizionata dall’esito atteso delle indagini.

Costi dell’informazione, costi dell’azione, rischio di collasso

L’opzione di prova ottimale si individua minimizzando una misura totale di costi e rischi previsti, che accorpa i costi di acquisizione dell’informazione e quelli attesi delle azioni con le conseguenze attese degli stati del sistema. Ogni configurazione di campionamento viene così giudicata sul proprio rendimento decisionale complessivo, anziché su un numero di prove fissato in modo convenzionale.

Sei prove sul calcestruzzo, tre sull’acciaio

Il campo applicativo è un elemento di riferimento in calcestruzzo armato dotato di armatura trasversale a taglio, con due sorgenti di incertezza sui materiali: la resistenza a compressione del calcestruzzo e il limite di snervimento dell’acciaio. Una stessa popolazione statistica descrive la resistenza dell’acciaio per le armature longitudinali e per quelle trasversali.

L’analisi decisionale seleziona come opzione ottimale sei prove sul calcestruzzo e tre sull’acciaio di armatura, con una riduzione di circa il 58,2% della misura complessiva di costi e rischi attesi rispetto alla decisione basata su nessuna informazione aggiuntiva.

Il valore della decisione deriva principalmente dall’evitare interventi non necessari quando le informazioni acquisite sui materiali si rivelano favorevoli.

Per progettisti, calcolisti e consulenti tecnici coinvolti nella valutazione degli esistenti, il contributo riconduce la pianificazione delle prove a un problema di valore decisionale, come alternativa esplicita alle regole di campionamento a dimensione fissa. Il quadro mantiene una dipendenza dichiarata dalle ipotesi di partenza, strutturali, probabilistiche, sulle azioni di gestione e sui costi: la configurazione ottimale resta quindi ancorata alle assunzioni con cui il modello viene alimentato.

Esposizione diretta al fuoco fino a 800 °C su calcestruzzi confezionati con aggregato grosso riciclato: dopo il ciclo termico, le riduzioni di resistenza a compressione misurate si attestano sul 4,34% per la miscela con il 15% di sostituzione e sul 5,72% per quella al 30%. Sono i numeri della campagna sperimentale condotta da Gabriela Peñafiel, Carlos Navarro, Santiago Medina Robalino, Fernanda Pico, Bernarda Abril, Byron Quishpe e Luis Felipe Contreras-Vásquez, pubblicata su Construction Materials con doi 10.3390/constrmater6020016.

L’incendio può compromettere un calcestruzzo su due livelli, la microstruttura interna e l’integrità esterna. Quantificare questo effetto quando in miscela entra aggregato riciclato da rifiuti di costruzione, definito RCA (recycled concrete coarse aggregate), è l’obiettivo del lavoro, costruito interamente su base sperimentale.

Miscere formulate con la densità ottimale

La progettazione delle miscere è stata affidata all’Optimal Density Method, con un obiettivo di resistenza a compressione pari a 24 MPa. Il programma prevede tre livelli di sostituzione dell’inerte grosso naturale con RCA proveniente da scarti edili: 0%, 15% e 30%, rispettivamente identificati come HS-0AR%, HS-15AR% e HS-30AR%.

Già in fase fresca la quota di riciclato incide sulla massa volumica. La miscela di riferimento si attesta a 2254,06 kg/m³, mentre HS-15AR% scende a 2210,09 kg/m³ e HS-30AR% a 2180,85 kg/m³. In termini percentuali si tratta di una variazione dell’1,95% e del 3,25% rispetto all’HS-0AR%.

Protocollo di prova nel forno di fusione

Il programma sperimentale conta 45 provini cilindrici, curati per 28 giorni prima dell’esposizione diretta alla fiamma all’interno di un forno di fusione. La progressione della temperatura è stata seguita con un pirometro lungo una scala che parte dal riferimento della temperatura ambiente e sale per gradi a 250 °C, 400 °C, 600 °C e 800 °C, mantenendo a ogni livello una durata di esposizione controllata. Per ciascuna temperatura sono stati provati tre campioni.

Chiusa la fase termica, i provini sono rimasti in raffreddamento per 24 ore in ambiente, prima di essere portati a rottura in compressione.

Resistenza residua a compressione

Le prove eseguite dopo il raffreddamento restituiscono una riduzione di resistenza del 4,34% per la miscela con il 15% di aggregato riciclato e del 5,72% per quella con il 30%. Secondo gli autori, le variazioni possono dipendere da fattori quali il rapporto acqua/cementizio, la qualità dell’aggregato e le condizioni di cura del calcestruzzo.

Patologie rilevate sui provini

Accanto ai dati meccanici, l’esposizione al fuoco lascia segni visibili e diffusi sui provini: fessurazioni, screpolature, cambi di colore e spalling, ovvero distacchi localizzati di unto. Un quadro degrado che interessa la superficie del materiale e che accompagna la perdita di prestazioni misurata in compressione.

La campagna fornisce così un riferimento quantitativo duplice per chi valuta l’impiego di RCA in miscere destinate a scenari di incendio: da un lato riduzioni di resistenza contenute entro il 5,72% anche con un terzo di inerte sostituito, dall’altro un panorama patologico superficiale che i dati suggeriscono di non trascurare, affiancando alla resistenza residua l’osservazione dello stato fisico del calcestruzzo dopo l’evento termico.

Percentuali contenute di particelle fini provenienti da rifiuti elettronici, nell’intervallo tra lo 0,2% e l’1,5%, possono migliorare la risposta meccanica del calcestruzzo. Aumentando il dosaggio, oppure introducendo frazioni grossolane, il contributo si inverte e la qualità del composito tende a peggiorare. A tracciare questo confine è la review firmata da Cristian Georgeoi, Ioan Petran, Camelia Maria Negrutiu e Pavel Ioan Sosa, pubblicata su CivilEng, Vol. 7, pag. 2 (doi: 10.3390/civileng7010002), con un caso di studio sviluppato in Romania.

Il tema di fondo è il recupero degli scarti elettronici (e-waste) come materiale alternativo nella miscela cementizia, con un duplice obiettivo: sostenibilità e conservazione delle risorse naturali.

Materiali in prova: polimeri, cavi e fibre

Lo spettro di scarti analizzato è ampio e eterogeneo. Comprende polimeri e compositi come il cloruro di polivinile (PVC), la plastica rinforzata con vetro (GRP), il polimero rinforzato con fibre di vetro (GFRP), il polietilene reticolato (XLPE) e il polietilene (PE). Accanto a questi, i residui del cablaggio: gli scarti di cavi elettronici (electronic cable waste, ECW) e la gomma derivante dai cavi elettrici (Waste Electrical Cable Rubber, WECR).

Un peso significativo della verifica riguarda le fibre, con tipologie molto diverse tra loro: acciaio, rame e alluminio, basalto e vetro, ibride aramide-carbonio, Kevlar, juta fino alle fibre ottiche. Una varietà che permette di confrontare, all’interno dello stesso materiale legante, l’effetto di aggiunti metallici, minerali, sintetici e naturali.

Proprietà monitorate e finestra di dosaggio

Sul piano prestazionale l’analisi copre resistenza a compressione, a flessione e a trazione, modulo di elasticità e assorbimento d’acqua, toccando sia la risposta resistente sia il comportamento fisico del composito.

L’esito più rilevante emerge dalla correlazione tra forma e quantità dello scarto. Con particelle fini e dosi basse, tra lo 0,2% e l’1,5%, le prestazioni meccaniche possono migliorare. Sostituzioni più spinte o l’impiego di particelle grossolane conducono invece in genere a prestazioni ridotte. Le proprietà meccaniche e fisiche si mostrano inoltre molto sensibili alle variabili di ingresso: tipo di materiale, dimensione delle particelle e dose. Non esiste dunque un effetto univoco dell’e-waste nel calcestruzzo; ogni combinazione richiede una caratterizzazione specifica.

Sostenibilità da validare, non per scontata

Il beneficio ambientale, da solo, non esaurisce il percorso di valutazione. La review raccomanda di affiancare alla caratterizzazione meccanica la life cycle assessment (LCA) e la modellazione predittiva, assunte come strumenti di validazione dei vantaggi in termini di sostenibilità. Un’impostazione che aggancia l’impiego degli scarti elettronici a risultati misurabili lungo il ciclo di vita, e non alla sola dimostrazione della risposta meccanica in laboratorio.

Per chi opera nella formulazione e nel controllo di miscele cementizie, la direzione indicata è chiara: dosaggi contenuti, frazioni fini e una verifica ambientale quantitativa prima di dichiarare più sostenibile un calcestruzzo con e-waste.

Una trave in calcestruzzo con fibre d’acciaio, alla dose ottimale, raggiunge 47,2 MPa di resistenza a compressione e 6,56 MPa a flessione. Sono i valori massimi registrati nel programma sperimentale sviluppato da Abdurasul Martazaev e Sobirjon Razzakov e pubblicato su Construction Materials (Vol. 6, pag. 19, doi 10.3390/constrmater6020019). La ricerca quantifica l’effetto dell’armatura diffusa, realizzata con fibre di basalto, acciaio e polipropilene, sullo stato di tensione e deformazione di travi in calcestruzzo fibrorinforzato sollecitate a taglio. In questo ambito l’armatura dispersa si conferma idonea a migliorare le caratteristiche meccaniche degli elementi strutturali sottoposti a flessione e a taglio.

Dalla caratterizzazione del calcestruzzo alle prove di taglio sulle travi

Il percorso sperimentale procede su due binari. Il primo fissa le prestazioni di riferimento del materiale: cubi, prismi e cilindri sono stati normalizzati, gettati e curati per 28 giorni, così da definire con precisione le caratteristiche meccaniche di partenza prima dell’introduzione delle fibre. Il secondo riguarda le travi, prodotte combinando tipi di fibra differenti, con lunghezze e contenuti volumetrici variabili, quindi sottoposte a prove di taglio condotte in regime controllato.

In ogni prova il monitoraggio ha seguito con accuratezza tre aspetti:

• l’innesco della fessurazione;
• la propagazione delle fessure;
• le deformazioni dell’elemento.

Un’impostazione che permette di ricondurre direttamente alla distribuzione delle fibre l’andamento della fessurazione e, di conseguenza, la capacità dell’elemento di sostenere carico.

Fibre di basalto: fino al 30,8% in più a trazione

I valori misurati confermano l’efficacia complessiva dell’aggiunta di fibre sulle prestazioni meccaniche del calcestruzzo. L’apporto del basalto interessa due fronti: la resistenza a compressione cresce fino al 20,8%, mentre quella a trazione guadagna fino al 30,8%. Un miglioramento simultaneo delle due proprietà fondamentali del materiale.

Acciaio e polipropilene: prestazioni a confronto

Le fibre d’acciaio esprimono la miglior risposta flessionale tra i tipi testati. Al dosaggio ottimale la resistenza a compressione tocca i 47,2 MPa e quella a flessione i 6,56 MPa. Il polipropilene migliora pure il comportamento meccanico, seppur con incrementi più contenuti rispetto agli altri due materiali.

Fessure più strette, propagazione rallentata

Sul fronte fessurativo l’effetto dell’armatura dispersa risulta netto: le fessure si aprono con larghezze ridotte e la loro propagazione procede più lentamente. Da questo comportamento discende l’aumento della capacità portante, coerente con l’obiettivo dell’impiego delle fibre, migliorare la risposta degli elementi sotto flessione e taglio.

Indicazioni per la scelta della fibra e del dosaggio

I dati sperimentali sostengono l’armatura diffusa con fibre d’acciaio e di basalto come soluzione pratica per migliorare durabilità e capacità portante del calcestruzzo. Per la selezione del tipo di fibra e del contenuto volumetrico nelle opere in calcestruzzo armato, i valori raccolti offrono un termine di confronto quantitativo diretto, utile a indirizzare scelte più robuste e sostenibili per l’edilizia.

La variabile decisiva resta la coppia tipo di fibra e dosaggio volumetrico: è lì che si definisce l’entità dei guadagni misurati, dalla compressione alla trazione fino alla flessione.

Quarantacinque travi in calcestruzzo armato, cinque percentuali di sostituzione degli aggregati riciclati, tre livelli di esposizione termica fino a 600 °C: con questo impianto sperimentale il gruppo di Mu’tasim Abdel-Jaber, Mousa Shhabat, Ahmed Ashteyat, Ahmad Al-Khreisat e Omar Shehabat ha quantificato quanto il riciclato pesi sul comportamento a taglio di elementi in calcestruzzo armato prima e dopo l’esposizione al fuoco. Il risultato più critico riguarda le temperature più alte: dopo il trattamento a 600 °C la perdita di capacità resistente sfiora il 22% rispetto alla trave di controllo a temperatura ambiente.

Aggregato riciclato e temperature elevate, un binomio ancora poco esplorato

L’esaurimento delle riserve di aggregato naturale e l’aumento dei rifiuti da costruzione e demolizione rendono gli aggregati riciclati un’alternativa attesa nei calcestruzzi strutturali. Il loro comportamento alle temperature elevate, tuttavia, risulta insufficientemente caratterizzato, in particolare quando la sostituzione interessa insieme la frazione grossa e quella fine. La ricerca si concentra proprio su questo aspetto: l’influenza congiunta della percentuale di aggregato riciclato grosso e fine e del fuoco sul comportamento a taglio delle travi.

Cinque dosaggi, tre temperature di prova

Il piano sperimentale copre cinque livelli di sostituzione di aggregato riciclato grosso e fine: 0%, 25%, 50%, 75% e 100%. Le travi, con dimensioni di 1500 × 150 × 200 mm, sono state provate a temperatura ambiente e dopo esposizione a 400 °C e 600 °C.

A temperatura ambiente la penalità resta contenuta

A 23 °C l’aumento del contenuto di aggregato riciclato si traduce in una riduzione moderata della capacità ultima a taglio, compresa tra circa il 6 e il 10% rispetto al riferimento con aggregato naturale. Una perdita, quindi, che non altera radicalmente la risposta dell’elemento in condizioni ordinarie.

Il fuoco amplifica il degrado

L’esposizione termica aggrava sensibilmente la perdita di resistenza. A 400 °C si sommano riduzioni ulteriori fino all’11%; a 600 °C la perdita complessiva arriva a circa il 22% rispetto alla trave di controllo a temperatura ambiente. In parallelo, il deterioramento della rigidezza e la propagazione delle fessure diventano più evidenti al crescere sia della temperatura sia della percentuale di sostituzione. La causa è ricondotta al danno termico subito dalla matrice cementizia e dalle zone di transizione interfaciale, i punti del materiale dove il degrado si concentra.

Sostituzioni intermedie: duttilità e assorbimento di energia

Anche a fronte del degrado indotto dal calore, i livelli di sostituzione moderati, compresi tra il 25 e il 50%, conservano una capacità di taglio residua accettabile e presentano al contempo migliore duttilità e capacità di assorbimento di energia. Un comportamento che colloca questa fascia di dosaggio nella posizione di compromesso più equilibrato tra prestazione residua e deformabilità.

Il modello agli elementi finiti a supporto delle prove

Accanto alla campagna sperimentale è stato sviluppato un modello agli elementi finiti destinato alla validazione dei risultati. Le previsioni numeriche riproducono con fedeltà i dati misurati: le differenze di carico restano tra l’1 e il 5%, a conferma dell’affidabilità del modello.

Il quadro che ne esce è pienamente quantificato: una penalità di taglio moderata a temperatura ambiente, che cresce in modo significativo con la temperatura e con la percentuale di riciclato, e una finestra di sostituzione tra il 25 e il 50% in cui capacità residua, duttilità e assorbimento di energia si mantengono su valori accettabili. Lo studio è pubblicato su Construction Materials, Vol. 6, pag. 21 (doi: 10.3390/constrmater6020021).